基于特高頻法的1 100 kV GIS局部放電缺陷定位研究

楊 勇， 王泓學，吳胥陽， 王紹安，張 靜

（1．國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014；2.國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315000；3．國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司，浙江 金華 321017；4.國網(wǎng)浙江省電力公司培訓中心，杭州 310018）

基于特高頻法的1 100 kV GIS局部放電缺陷定位研究

楊 勇1， 王泓學2，吳胥陽3， 王紹安1，張 靜4

（1．國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014；2.國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315000；3．國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司，浙江 金華 321017；4.國網(wǎng)浙江省電力公司培訓中心，杭州 310018）

針對一起1 100 kV GIS帶電檢測案例，闡述了GIS特高頻局部放電檢測原理和技術(shù)優(yōu)勢，分析了便攜式局放儀的譜圖信息，初步確定缺陷類型，并通過時差定位法對放電源進行了精確定位，查看1 100 kV GIS局部放電在線監(jiān)測裝置，模式識別技術(shù)的結(jié)果與現(xiàn)場判斷一致，驗證了現(xiàn)場帶電檢測的準確性?，F(xiàn)場實踐表明：特高頻局部放電檢測技術(shù)能有效識別GIS設(shè)備缺陷導致的局部放電，及時發(fā)現(xiàn)和避免GIS絕緣故障的發(fā)生，保障GIS設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

特高頻；GIS；局部放電；帶電檢測

0 引言

絕緣故障是影響GIS（氣體絕緣組合電器）可靠性的主要因素，而局部放電是設(shè)備發(fā)生絕緣缺陷故障的重要征兆和表現(xiàn)形式。通過檢測局部放電，可以及時有效地發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在的故障缺陷，對保障GIS安全、可靠運行具有重要意義[1，2]。GIS中的局部放電電流具有極陡的上升沿，其上升時間為納秒級，激發(fā)起高達數(shù)吉赫茲的電磁波，在GIS腔體構(gòu)成的同軸結(jié)構(gòu)中傳播。近年來UHF（特高頻）檢測技術(shù)在GIS中局部放電的檢測和定位方面得到了廣泛的關(guān)注和應用，并且在目前GIS狀態(tài)檢測技術(shù)中局部放電檢測效果最好，可以達到相當于幾個皮庫的檢測靈敏度[3]。

UHF檢測法的基本原理如圖1所示，當GIS內(nèi)發(fā)生局部放電時，激發(fā)出的數(shù)吉赫茲的特高頻電磁波信號會透過環(huán)氧材料等非金屬部件傳播出來，通過內(nèi)置或外置的特高頻傳感器接受UHF電磁波來檢測局部放電信號，分析局部放電的嚴重程度[4，5]。

圖1 GIS內(nèi)特高頻局部放電檢測法原理

UHF法實現(xiàn)GIS局部放電準確定位的主要方法是時差法。時差定位法的基本思路是局部放電產(chǎn)生的特高頻電磁波信號在氣體中傳播近似光速，其到達各特高頻傳感器時間與其傳播距離直接相關(guān)，因此，可根據(jù)特高頻電磁波信號達到不同傳感器的時間差以及傳感器之間的距離計算出局部放電源的具體位置，實現(xiàn)絕緣缺陷定位。此外，UHF可以根據(jù)不同類型的絕緣缺陷局部放電所產(chǎn)生的特高頻信號幅值、數(shù)量、相位分布、頻譜等特點來判斷絕緣缺陷類型，進行絕緣缺陷類型診斷[6-8]。特高頻檢測法克服了傳統(tǒng)的脈沖電流法測量頻率低、頻帶窄的缺點，可以較全面地研究局部放電的特征。

針對一起1 100 kV GIS帶電檢測案例，分析了便攜式局放儀的譜圖信息，初步確定缺陷類型，并通過時差定位法對放電源進行了精確定位。查看1 100 kV GIS局放在線監(jiān)測裝置，驗證了現(xiàn)場帶電檢測的準確性。

1 異常概況

2015年5月，用手持式特高頻局部放電檢測儀對國內(nèi)某1 100 kV變電站全站GIS設(shè)備進行帶電檢測時，發(fā)現(xiàn)1 100 kV GIS T023C相合閘電阻氣室盆式絕緣子處測到異常信號，其PRPD，PRPS圖譜如圖2所示。

2 缺陷分析

2.1 局部放電檢測

為檢測與定位局部放電源，將T023 C相合閘電阻氣室特高頻傳感器布置如圖3所示，共布置了3個特高頻傳感器（測試點1，2，3）具體位置分別位于：在合閘電阻與斷路器之間的盆式絕緣子澆筑孔處（近T0232側(cè)）、合閘電阻氣室盆式絕緣子澆筑孔處、合閘電阻與斷路器之間的盆式絕緣子澆筑孔處（近T0231側(cè)）。測試點的各路信號線均通過DMS放大器（放大倍數(shù)為20 dB）后接入高速示波器進行局部放電檢測與定位。示波器的型號為DS09404A，DMS特高頻局放儀型號為PM05.001。為保證定位精度，所使用的外置傳感器型號一致，同軸信號線長度一致。

圖2 手持式局放儀測得的信號譜圖

圖3 現(xiàn)場特高頻傳感器布置與定位

現(xiàn)場檢測背景信號及3處測試點的便攜式局部放電檢測儀的PRPS和PRPD譜圖如圖4所示?？梢?，信號幅值在測試點2處最強，測試點3處最弱，因此初步判定信號源應在測試點2附近；同時譜圖呈正負半波半弧形譜圖，對比典型缺陷的PRPS和PRPD譜圖如圖5所示，可知該缺陷為典型的絕緣類缺陷。

2.2 頻譜分析

為分析信號源的頻譜特性，以便判斷信號源是否具有局部放電典型放電頻譜特征。采用Matlab對測試點2處的波形數(shù)據(jù)進行了頻譜分析，結(jié)果如圖6所示，信號源呈寬頻特征，頻譜主要分布在1～1.5 GHz附近，符合局部放電典型放電頻譜特征。

圖5 典型絕緣缺陷譜圖

圖6 示波器測得信號經(jīng)FFT后的信號頻譜

2.3 局部放電定位

確定GIS內(nèi)部存在局部放電缺陷后，采用三通道的方法來對缺陷進行定位。測試點1，2，3的定位結(jié)果如圖7所示。從幅值上可知，測試點2處的幅值最大，峰峰值約為200 mV。

圖7 測試點1，2，3的定位

對測得的10組1，2和3測試點處的特高頻信號波形分別讀取時間差，計算其平均值，然后利用時間差平均值進行定位計算。從表1中，可以看出測試點2特高頻信號領(lǐng)先于測試點1約3 ns，測試點2領(lǐng)先于測試點3約14 ns。忽略合閘電阻氣室的稍不對稱性，通過測試點1和3的時差計算可知，信號源應位于離測試點2中心距0.2 m處，該位置為合閘電阻氣室盆式絕緣子中心位置左右。結(jié)合譜圖和時差分析可知，局部放電源位于該合閘電阻氣室的盆式絕緣子處，可能是氣隙缺陷或沿面雜質(zhì)引起的。

表1 特高頻信號時間差平均值

2.4 在線監(jiān)測

現(xiàn)場查看1 100 kV GIS局部放電在線監(jiān)測裝置，發(fā)現(xiàn)安裝在T0232C相電流互感器氣室的內(nèi)置G07-C相傳感器有局部放電信號，其PRPS和PRPD譜圖如圖8所示?？梢娫诰€監(jiān)測譜圖與現(xiàn)場所檢測的譜圖基本一致，呈絕緣類缺陷。

圖8 在線監(jiān)測譜圖

3 結(jié)語

在系統(tǒng)研究總結(jié)GIS特高頻局部放電檢測原理和技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，針對一起1 100 kV GIS帶電檢測案例，結(jié)合便攜式局放測試儀對GIS進行綜合判斷，確認了1 100 kV GIS T023 C相合閘電阻氣室存在絕緣缺陷并進行精確定位。查看1 100 kV GIS局放在線監(jiān)測裝置，模式識別技術(shù)的結(jié)果與現(xiàn)場判斷一致，驗證了現(xiàn)場帶電檢測的準確性。

特高頻局放檢測因其抗干擾能力強、檢測靈敏度高等優(yōu)點，可用于GIS局部放電類缺陷的檢測、定位和故障類型識別，為避免設(shè)備的盲目維修提供了決策依據(jù)，能夠提高GIS設(shè)備的運行維護水平，確保設(shè)備安全和提高供電可靠性。

[1]廖天明，鄭傳寶，陸如，等．應用特高頻檢測方法處理GIS局部放電故障[J]．華東電力，2011（4）∶652-654．

[2]李曉峰，劉振，龐先海，等．特高頻局部放電檢測技術(shù)在GIS設(shè)備上的典型應用[J]．高壓電器，2013（7）∶100-103．

[3]陳賢熙，王俊波，余紅波，等．移動式特高頻在線監(jiān)測系統(tǒng)在GIS局部放電檢測中的應用[J]．高壓電器，2015，（5）∶157-161．

[4]劉君華，姚明，黃成軍，等．采用聲電聯(lián)合法的GIS局部放電定位試驗研究[J]．高電壓技術(shù)，2009（10）∶2458-2463．

[5]王文浩，胡錫幸，酈于杰，等．基于特高頻法的1 100 kV GIS局部放電故障定位研究[J]．浙江電力，2015，34（4）∶11-14．

[6]王偉平，何炳鋒．基于特高頻法GIS局部放電在線檢測技術(shù)的分析與應用[J]．高壓電器，2015（4）∶183-187．

[7]覃劍，王昌長，邵偉民．特高頻在電力設(shè)備局部放電在線監(jiān)測中的應用[J]．電網(wǎng)技術(shù)，1997（6）∶33-36．

[8]高文勝，丁登偉，劉衛(wèi)東，等．采用特高頻檢測技術(shù)的局部放電源定位方法[J]．高電壓技術(shù)，2009（11）∶2680-2684．

[9]丁登偉，高文勝，劉衛(wèi)東．采用特高頻法的GIS典型缺陷特性分析[J]．高電壓技術(shù)，2011（3）∶706-710．

（本文編輯：徐 晗）

Application of UHF Method on Partial Discharge Detection in GIS

YANG Yong1，WANG Hongxue2，WU Xuyang3，WANG Shaoan1，ZHANG Jing4（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China 2.State Grid Ningbo Power Supply Company，Ningbo Zhejiang 315000，China 3.State Grid Jinhua Power Supply Company，Jinhua Zhejiang 321017，China 4.State Grid Zhejiang Training Center，Hangzhou 310018，China）

According to a live detection of 1 100 kV GIS，this paper describes the principles and technical advantages of UHF-based GIS partial discharge detection method；in addition，it analyzes the spectrogram information of portable PD analyzer to preliminarily judge the defect type.At last，the discharge source is pre cisely located by means of time difference location method.The result of pattern recognition techniques of 1 100 kV GIS partial discharge on-line monitoring system is consistent with the field test，which verifies the accuracy of the on-site live detection.Practice shows that UHF partial discharge detection technique can recognize partial discharge due to GIS defects，and timely discover and prevent GIS insulation faults to ensure the operation security and stability of GIS.

UHF；GIS；partial discharge；live detection

TM835.4

B

1007-1881（2016）10-0032-04

2016-04-22

楊 勇（1988），男，工程師，從事高壓試驗工作。